TP Physique n°11 : Les circuits électriques G
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1ere S TP Physique n°11 : Les circuits électriques 2008-2009 Objectifs : • Choisir le matériel en s'assurant que récepteurs et générateurs seront utilisés dans leur domaine de fonctionnement prévu par le constructeur. • Étudier les différents paramètres influant sur l'énergie fournie par un générateur. • Démontrer les lois des circuits à l'aide du principe de conservation de l'énergie dans les circuits électriques. I) Quelles résistances choisir ? Pour tout conducteur ohmique de résistance R, il existe une intensité maximale Imax au delà de laquelle la puissance reçue est trop importante et l'énergie ne peut plus être évacuée rapidement. Le conducteur ohmique s'échauffe alors fortement, ce qui provoque sa destruction. 1-1) Rappeler par quel procédé un conducteur ohmique dissipe t-il de l'énergie ? Comment nomme t-on cet effet ? 1-2) Établir l'expression de la puissance électrique Pe reçue par un conducteur ohmique de résistance R en fonction de l'intensité qui le traverse. On souhaite maintenant réaliser un circuit, simplement constitué d'un conducteur ohmique branché en série avec un interrupteur et un générateur de tension continue 6V-12V. 2-1) Schématiser ce circuit. 2-2) Vérifier avec un multimètre la f.e.m du générateur (pour les deux calibres 6V et 12V). 3) On propose plusieurs résistances dont les caractéristiques sont données ci-dessous. Justifier en explicitant vos calculs, le choix de la résistance pour réaliser ce circuit, si on fixe la tension du générateur à 6V. Résistances : R = 100Ω P = 0,25 W R = 220Ω P = 2W boite de décades (voir les caractéristiques sur l'appareil) II) Quelle est l'influence de l'agencement des dipôles sur la puissance fournie par un générateur ? N P II-1) Association en série de résistances : G II-1-1) Montage et mesures : Réaliser le montage schématisé ci-contre. On prendre R 1 = 220Ω et R1 R2 R2 = 100Ω a) Flécher les tensions UPN, UAB et UBC. Et indiquer le sens du A B C courant électrique. b) Mesurer l'intensité du courant traversant chacun des dipôles et les tensions à leurs bornes. c) A partir de vos mesures, que peut-on dire de l'intensité du courant traversant le circuit en série ? II-1-2) Loi des tensions dans un circuit en série : a) Montrer à l'aide de vos mesures, la conservation de la puissance électrique dans le circuit. b) Démontrer à partir de cette relation, la loi d'additivité des tensions dans un circuit en série. II-1-3) Résistance équivalente du circuit : Définition : On appelle résistance équivalente d'un circuit électrique, la résistance d'un conducteur ohmique hypothétique qui branché seul aux bornes du générateur permettrait à celui-ci de débiter le même courant et de fournir la même puissance qu'à ce circuit électrique. TP P11 Les circuits électriques 1/2 I P R1 A N G I G N Req R2 B P C A C a) A l'aide de la loi d'Ohm et de la loi d'additivité des tensions dans un circuit série, établir l'expression de Req en fonction de R1 et R2. b) Vérifier expérimentalement à l'ohmmètre (lorsque le circuit n'est pas sous tension). N I P II-2) Association en dérivation de résistances : G II-2-1) Montage et mesures : K Réaliser maintenant le circuit en dérivation schématisé ci-contre. R1 On prendra R1 = 220Ω ; et R2 = 90Ω (à l'aide de la boite à I1 décade). A B a) Pourquoi ne réutilise-t-on pas la résistance R = 100Ω R2 I2 pour le montage en dérivation ? D C b) Flécher les tensions UPN , UAB et UCD. c) Mesurer les tensions aux bornes de chacun des dipôles et l'intensité des courants traversant chacune des branches du circuit. d) A partir de vos mesures que peut-on dire de la tension aux bornes de chacun de dipôles du circuit ? II-2-2) Loi des nœuds dans un circuit en dérivation : a) Montrer à l'aide de vos mesures, que la puissance électrique se conserve dans le circuit. b) En déduire la loi des nœuds (ou loi d'additivité des intensités dans un circuit en série). II-2-3) Résistance équivalente : a) A partir de la loi d'ohm et de la loi des nœuds, déterminer l'expression de la résistance équivalente du circuit en fonction de R1 et R2. b) Vérifier expérimentalement votre résultat. II-3) Conclusion : a) Comparer la valeur de la résistance équivalente du circuit série avec la valeur de la plus grande des deux résistances associées en série. b) Comparer la valeur de la résistance équivalente du circuit dérivation avec la valeur de la plus petite des deux résistances associées en dérivation. c) Conclure. Dans quel type de montage un générateur débite-t-il une plus grande puissance ? III) Quelle est l'influence de la valeur de la force électromotrice sur la puissance fournie par un générateur ? (pour les plus rapides) Reprendre le circuit avec les deux résistances R1 et R2 en série (II-1). 1) Mesurer l'intensité du courant dans le circuit pour des valeurs de f.e.m du générateur de 6V et 12V. 2) Multiplier chacune des valeurs de I mesurées par la résistance équivalente du circuit. Quelle valeur retrouvez vous ? 3) En déduire l'expression de l'intensité I du courant dans le circuit en fonction de la f.e.m E du générateur et de la résistance équivalente du circuit. TP P11 Les circuits électriques 2/2
